船坞数字化作业及测量系统的应用

彭 冬

（贵州高速公路集团有限公司，贵州 贵阳550004）

1 数字化船坞原理与架构

从内涵来讲，船坞的数字化作业就是以传统的造船过程为基础，利用计算机建立模型模拟搭载，把信息技术应用到造船的全过程中，最终完成船舶的制造。数字化包含以下五个方面：船舶设计、生产制造数字化、管理控制数字化、经营决策数字化以及船舶维护［1］。

船坞的数字化作业就是利用船坞周围设立的旋转标靶，完成船坞周边的管理网，在船进入船坞之后马上按照总段在控制网的定位，依照船坞周围的标靶形成的管理网完成船坞的搭载过程。进而完成船坞的仿真化，在机器中对现实中的船坞作业进行建模仿真，结合DES文件和仿真结果，达到船坞作业仿真化、数字化的目的。

船坞的数字化作业集中表现在下面几个方面：

1.1船舶总段的精度数据的采集、分析。此过程是利用全站仪采集船舶总段的精度数据，使用电脑分析数据，能够利用数字化做到数据的传输、分析和储存，与多用户进行数据分享。

1.2使用DES文件。DES文件是指提前设置完成船舶总段控制点的坐标，并且以DES文件格式输出导入到全站仪，利用测量基准坐标完成和船体总段控制点的坐标的统一，以便快速响应、仿真船坞。所以，DES文件是船坞数字化作业当中不可或缺的重要组成部分。

1.3使用模拟搭载。建造船舶时，从加工到最后完成，每个过程都不可避免地出现各种系统误差。其中，船坞搭载出现的误差最大，这将严重影响船坞的周期。模拟搭载指的是事先弄清楚需要搭载的总段和船坞内基准总段的精度偏差值，在计算机内模拟仿真，解析得出有效地数据，然后切割修正达到吊装阶段的精确度，并在此基础上完成下一次定位。利用此种办法来提升总段搭载定位精度，提升吊装速率，减少搭载周期。

船坞的数字化作业基于利用计算机数字化进行数据检测分析，也就是说船坞的数字化作业所使用的数据全部都是利用数字化的数据检测办法进行采集得到的。因为船坞的数字化作业是为提升搭载的成功率而提出的，温度的改变很大程度上益影响船舶总段的精确度，所以探究温度改变引起的总段变形是船坞数字化作业的基础。需要基于上面两点，进行船坞的数字化搭载研究。

2 船坞数字化作业的发展

总段搭载测量的重点是保证每个部件位置的精确度，测量阶段更应该注重控制各个构件的偏差。应控制每个点的偏差都在要求的范围之内，这样检测验收之后，可以确保船坞的搭载精度。

想要确保船坞搭载按照设计规划准确定位，吊装总段阶段需要采取数字化的技术，也就是完全采用数字化的测量技术采集数据，而且搭载总段阶段吊装时信息反馈要及时。在此基础上，可以完成船坞的数字化作业。

利用船坞的数字化作业进行船舶的制造，这种理念的发展大概分为三个时期。

2.1全站仪得到大范围的使用以前，利用经纬仪、长尺等传统的测量技术设立船坞的基准线，进行总段定位。然而因为测量工具以及测量技术的约束，无法做三维坐标的测量，应用受到很大的约束。

2.2全站仪大范围使用之后，船厂开始利用全站仪进行样线的开设、总段的定位。然而因为船型、船舶的标准不同，基准线、点不统一，极易导致总段定位出现偏差。而且，因为船坞作业的复杂环境，时常出现再次开设样线等重复工作，效率提高受到很大的限制。

2.3基于全站仪的使用，逐步出现了船坞的数字化作业体系，采用DES文件实现船坞的定位。在这个过程中利用设立在周围的标靶，利用Marine G2的系统，输出DES文件，实现准确、快捷地定位。因此极大地提高了定位的效率，极大地减少了搭载周期，提高了吊装效率。

随着社会的发展和科学技术的进步，世界上各大船企想要提升竞争力就要对船企的信息化、建造模式和数字化作业技术进行研究。全球各大船企都在积极开展造船数字化作业体系的研究，特别是韩国船企，建立了配合造船CAD等软件的误差控制措施，整个过程采取现场测量，模型之间的数据互相传输，反馈准确，并行操作，减少了总段变形分析处理时间，可以数字化地控制精度，这是控制船坞精度的新方向。特别是利用船坞的数字化作业体系配合造船软件，大大地提升了吊装速率，减少了搭载周期。

对于确保船舶的质量、提升吊装效率、减少船坞周期、降低成本、增加效益等，船坞的数字化作业有着极其重要的意义。在造船大国这些技术的应用都较为广泛，但是在我国的使用仍很少，仅仅处于探索阶段。引进先进的造船技术、采用船坞的数字化作业模式，是造船业的发展方向。

3 船坞数字化作业基本原理

船坞的数字化作业的重点是测量分析方法的数字化、DES文件的建立和使用、船坞的仿真模拟搭载的使用。

3.1测量分析方法的数字化是船坞数据采集的基础工作，本文详尽地阐述了数字化测量的工作原理。使用数字化的测量工具及软件，配合完成总段和搭载的数字化测量，能够即时记录处理数据，进行修正。

3.2船坞的数字化作业是为了提升吊装效率、减少船坞周期而研制的操作体系，然而温度改变会严重影响到船舶总段的变形，也会对定位的一次成功率造成极大的影响。为提升定位的一次成功率，利用数理统计的相关理论知识，利用抽样的办法，详尽地阐述了温度改变对总段变形的影响，并得到了总段变形的基础结论，搭载的仿真过程也有了详细的定位参照数据。

3.3 DES文件和搭载仿真模型是船坞的数字化作业中极为重要的阶段。本文详尽讲述了两者的原理和操作方法。

4 数字化船坞测量系统

4.1 数字化船坞测量系统的原理

船坞的数字化测量系统利用三维坐标来测量、表示、分析各个精度控制点，参照生产模型，利用计算机计算得到总段设计参数以及偏差、变形量，进而快速有效地反馈数据，制定修正方案［2］。

以全站仪为基础的三维测量系统的基本原理是从软件系统中得出总段的控制点（控制点是总段主要部件的理论数据），将现场测量操作得出的数据和理论值进行对照。

4.2 数字化测量方法的优越性

在电脑中仿真模拟总段的测量，能够得出总段的实际状况，而且对基准精度控制，例如水平、变形、偏差等，进行详细记录。再用数字化测量系统分析，得出全面地测量数据。全过程实现数字化，效率很高。相对于传统方式，数字化有以下几个优点：高效性、精确性、安全性、适用性。

综上所述，本文阐述了船坞的数字化作业以及数字化测量系统的应用。现代化的高精度数字化测量仪器可以极大地改善造船业的精度控制、数据采集处理速率，精度检测速率也有较大的提升。在管理阶段，因为直接从模型获取总段信息，得出三维数据坐标的模式，大大提升了数据的准确度。利用现代化的精密测量仪器，结合专业的软件，可以大大提升数据的可信性、准确性，同时提供良好的数据分析平台。

［1］赵东.数字化造船系统研究［J］.船舶工程，2006.

［2］叶家玮.船体建造测量及数据处理技术［M］.广州：华南理工大学出版社，2001.